CN107559120B - 用于电晕点火装置的电源电路 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于电晕点火装置的电源电路，其具有用于连接到直流电压源的输入端、第一转换器(WA)、第二转换器(WB)和用于连接负载(R)的输出端，其中两个转换器(WA，WB)各自从施加到其初级侧的相应输入电压产生在其次级侧被提供且超过输入电压的输出电压，两个转换器(WA，WB)各自包含变压器(L1，L2；L3，L4)，其将转换器的初级侧(WA，WB)与其次级侧电隔离，至少一个晶体管开关(M1‑M4；M5‑M8)布置在两个转换器(WA，WB)的初级侧与输入端之间，用于输入电压的脉宽调制，第二转换器(WB)的初级侧与第一转换器(WA)的初级侧并联连接，第二转换器(WB)的次级侧与第一转换器(WA)的次级侧串联连接，两个转换器(WA，WB)的次级侧分别通过至少一个二极管(D1‑D4；D5‑D8；DA，DB)被桥接在该串联连接中，使得即使两个转换器(WA，WB)中的一个发生故障也可以在电源电路的输出端处提供输出电压。还描述了具有这种电源电路的电晕点火系统。

Description

用于电晕点火装置的电源电路
技术领域
本发明涉及一种用于电晕点火装置的电源电路以及具有电晕点火装置和这种电源电路的电晕点火系统。
背景技术
US2004/0129241A1描述了通过在燃烧室中产生的电晕放电点燃内燃机的燃烧室中的燃料。这种电晕点火装置包括由绝缘体保持的中心电极，其与处于质电势(masspotential)并提供相反电极的燃烧室壁或包封绝缘体的外部导体一起形成电容。围绕中心电极的该绝缘体和具有其内容物的燃烧室充当该电容的电介质。根据活塞的行程，燃烧室包含空气或燃料-空气混合物或废气。
该电容是电谐振电路的一部分，其受10kV或更高的高频交流电压激励。该交流电压由高频发生器(例如由具有中心抽头的变压器)产生。
通常，大多数车辆的车载电气系统电压仅为12V。理论上，可以使用这种车载电气系统电压作为电晕点火系统的高频发生器的输入电压。然而，这是非常昂贵的。这就是为什么车辆中的电晕点火系统通常包含电源电路，该电源电路从高压发生器的大约100V到400V的车载电气系统电压产生电源电压。
发明内容
本发明的一个目的是指明一种用于从车载电气系统电压安全可靠地产生用于电晕点火系统的电源电压的方法。
该目的通过一种用于电晕点火装置的电源电路而实现，其包括：被配置用于连接到直流电压源的输入端子；第一转换器(WA)；第二转换器(WB)；以及输出端子，被配置用于连接负载(R)，其中所述第一转换器(WA)和所述第二转换器(WB)分别从施加到其初级侧的相应输入电压产生提供在其次级侧上的超过所述输入电压的输出电压，所述第一转换器(WA)和所述第二转换器(WB)各自包括将该转换器的初级侧(WA，WB)与其次级侧电隔离的变压器(L1，L2；L3，L4)，在所述输入端子和所述第一转换器(WA)和所述第二转换器(WB)的初级侧之间布置有至少一个晶体管开关(M1-M4；M5-M8)，用于所述输入电压的脉宽调制，所述第二转换器(WB)的初级侧与所述第一转换器(WA)的初级侧并联连接，所述第二转换器(WB)的次级侧与所述第一转换器(WA)的次级侧串联连接，所述第一转换器(WA)和所述第二转换器(WB)的次级侧均通过至少一个二极管(D1-D4；D5-D8；DA，DB)被桥接在该串联连接中，使得即使在所述第一转换器(WA)和所述第二转换器(WB)中的一个发生故障的情况下也能够在所述电源电路的所述输出端子处提供输出电压。在详细说明中进一步讨论了本发明的有益的进一步改进。
在一个实施例中，与所述输出端子并联连接有存储电容器(C5)，以补偿电压波动。
在一个实施例中，所述转换器(WA，WB)是谐振转换器。
在一个实施例中，具有至少四个晶体管开关(M1-M4；M5-M8)的相应桥接电路位于所述转换器(WA，WB)的初级侧与所述输入端子之间，从而允许对所述输入电压的变化的响应。
在一个实施例中，相应的整流器(D1-D4；D5-D8)被连接到所述转换器(WA，WB)的次级侧。
在一个实施例中，所述整流器(D1-D4；D5-D8)是桥式整流器。
在一个实施例中，所述转换器(WA，WB)被配置为输出大小为100V至500V的输出电压。
在一个实施例中，所述转换器(WA，WB)被设计成从小于50V的输入电压产生所述输出电压。
在一个实施例中，连接到所述输出端的所述负载(R)是高频发生器(10)，其从所述电源电路的所述输出电压产生10kV或更高的高频交流电压。
使用具有示出两个磁耦合线圈的变压器的转换器能够使转换器的初级侧与次级侧电隔离。在简单的转换器类型(例如电荷泵或向上转换器)中，缺少这种电隔离，使得次级侧的缺陷(例如短路)总是也可以穿透到初级侧并造成严重的损坏。电隔离使得可以将次级侧上的缺陷(例如短路)限制到次级侧。
例如在额定电压为12V的汽车和额定电压为24V的卡车中，初级侧通常被供应车辆的车载电气系统电压。次级侧的电压明显较高，例如测定100V至500V。当次级侧的缺陷保持被局限于次级侧时，安培数因此显著低于缺陷(还)影响初级侧的情况。因此，本发明显著降低了更大损害的危险。
在根据本发明的电源电路中，转换器用作所连接的负载(通常是高频发生器)的电源。通过使电源电路包含初级侧并联并且次级侧串联连接的两个转换器来显著提高该负载的电源安全性以及因此电晕点火系统的功能。两个转换器中的每一个的次级侧在这里与二极管并联连接；因此，串联连接的次级侧每个均通过至少一个二极管被桥接。如果两个转换器中的一个发生故障，另一个转换器仍然可以保持紧急供电，使得电晕点火系统不会完全失效，而是可以在降低的发动机速度下维持点火。这种类型的紧急运行是一个重要的优点，因为它允许车辆自己驶进工作站，否则其将被拖曳。
本发明的有利改进提供了：转换器为谐振转换器。谐振转换器特别适合作为旨在提供运行电晕点火装置的高频发生器所需类型的基本恒定电流的电源。
本发明的另一个有益的改进提供了：具有至少四个晶体管开关的相应桥接电路设置在转换器的初级侧和输入端之间。取决于这些晶体管开关的开关状态，输入电压(例如，车辆的车载电气系统电压)可以以交变幅度施加到转换器。换句话说，然后，流过转换器之一的变压器的初级侧的电流的方向可被颠倒。与仅通过激活和去激活的简单的初级电压的脉宽调制相对照，可以以这种方式从转换器中汲取更高水平的功率。
本发明的另一个有益的改进提供了：存储电容器与连接到电源电路的输出端的负载(例如高频发生器)并联连接。电压波动可以以这种方式被抵消，使得电晕点火系统即使在波动的车载电气系统电压下也可以利用均匀的电力进行电晕点火。
附图说明
基于说明性实施例、对所附图形的附图参考来说明本发明的附加细节和优点。示出：
图1是电晕点火系统的草图；
图2是电晕点火系统的电源电路的草图；以及
图3是电晕点火系统的另一个草图。
具体实施方式
图1示出了由接地的壁2，3和4限定的燃烧室1。具有点火末梢5的电晕点火装置从上方突出到燃烧室1内。点火末梢5位于中心电极的末端，中心电极在其长度的至少一部分上被绝缘体6包封，通过绝缘体6中心电极被电绝缘并被引导穿过上壁2并进入燃烧室1中。中心电极和燃烧室1的壁2至4是串联谐振电路7的一部分，串联谐振电路7还包括电容8和电感9。当然，串联谐振电路7可以显示额外的电感器和/或电容器以及专家已知的其他部件作为串联电路的可能部件。
为了激励谐振电路7，提供高频发生器10，其从电源11被馈电并且例如包括其初级侧上具有中心抽头13的变压器12，其中两个初级绕组14和15在中心抽头13上会合。使用高频转换开关16来将初级绕组14和15的远离中心抽头1的端部交替地接地。高频转换开关16的开关频率确定用以激励串联谐振电路7的频率，并且该开关频率是可变的。变压器12的次级绕组17在点A处对串联谐振电路7馈电。通过控制电路(未示出)来控制高频转换开关16以使得以谐振电路的谐振频率来激励谐振电路。那么点火电极5的末梢与接地壁2至4之间的电压为其最大值，并且在点火末梢5处形成电晕放电。
电源11提供范围从100V至500V的电源电压，高频发生器10从该电压产生10kV或更高的电压。电源11是电源电路，其被示出在图2并且从输入电压(例如车辆的车载电气系统电压)产生电源电压。
图2所示的电源电路示出两个谐振转换器。第一谐振转换器基本上包括具有线圈L1和L2以及电容器C1和C2的变压器，以及第二谐振电路基本上包括具有线圈L3和L4以及电容器C3和C4的变压器。两个转换器的初级侧(即线圈L1和L3)彼此并联连接，并且每个均通过具有四个晶体管开关M1，M2，M3，M4或M5，M6，M7，M8的桥接电路被连接到电源电路的输入端子，例如由诸如车辆电池B的车辆的电气系统输送的输入电压被施加到输入端子。
晶体管开关M1-M4或M5-M8的开关状态可被用来以交变的极性对转换器的初级侧(即线圈L1和L3)施加脉宽调制的车载电气系统电压，该电压通常仅为25V或更小。为了减少置于电气系统上的负载，例如当前者由其他消耗者负担时，桥接电路也可以作为半桥进行操作，从而允许对输入电压的变化进行响应，并且仅施加脉冲宽度调制电压到转换器的初级侧。
相应的整流器(例如桥式整流器)被连接到两个转换器的次级侧。整流器每个可以由四个二极管D1，D2，D3，D4或D5，D6，D7，D8组成。
两个转换器的次级侧串联连接，并提供负载R、特别是图1所示的高频发生器10的电源电路的输出电压。存储电容器C5这里可以与负载R(即电源电路的输出端子)并联连接。
如果在两个转换器的次级侧串联连接的同时两个转换器中的一个发生故障，则这并不意味着不能再向图2所示的电路中的负载R供电。这是因为，转换器的次级侧通过二极管被桥接。如果一个转换器出现故障，则另一个转换器提供的电流因此可以继续流经(一个或多个)桥接二极管而至负载R。在如图2所示的实施例中，两个转换器各自通过整流器的二极管D1，D2，D3，D4或D5，D6，D7，D8被桥接。然而，不构成整流器的一部分的二极管也可以被用来通过将至少一个二极管与两个转换器中的每一个的次级侧并联连接来桥接两个转换器。
图3示意性地示出了两个转换器WA，WB的次级侧是如何串联连接作为电源并且各自通过并联连接的二极管DA，DB被桥接。

Claims (9)

1.一种用于电晕点火装置的电源电路，包括：
被配置用于连接到直流电压源的输入端子；
第一转换器(WA)；
第二转换器(WB)；以及
输出端子，被配置用于连接负载(R)，
其中所述第一转换器(WA)和所述第二转换器(WB)分别从施加到其初级侧的相应输入电压产生提供在其次级侧上的超过所述输入电压的输出电压，
所述第一转换器(WA)和所述第二转换器(WB)各自包括将该转换器的初级侧(WA，WB)与其次级侧电隔离的变压器(L1，L2；L3，L4)，
在所述输入端子和所述第一转换器(WA)和所述第二转换器(WB)的初级侧之间布置有至少一个晶体管开关(M1-M4；M5-M8)，用于所述输入电压的脉宽调制，
所述第二转换器(WB)的初级侧与所述第一转换器(WA)的初级侧并联连接，
所述第二转换器(WB)的次级侧与所述第一转换器(WA)的次级侧串联连接，
所述第一转换器(WA)和所述第二转换器(WB)的次级侧均通过至少一个二极管(D1-D4；D5-D8；DA，DB)被桥接在该串联连接中，使得即使在所述第一转换器(WA)和所述第二转换器(WB)中的一个发生故障的情况下也能够在所述电源电路的所述输出端子处提供输出电压，
具有至少四个晶体管开关(M1-M4；M5-M8)的相应桥接电路位于所述转换器(WA，WB)的初级侧与所述输入端子之间，从而允许对所述输入电压的变化的响应。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，与所述输出端子并联连接有存储电容器(C5)，以补偿电压波动。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电源电路，其特征在于，所述转换器(WA，WB)是谐振转换器。
4.根据权利要求1或2所述的电源电路，其特征在于，相应的整流器(D1-D4；D5-D8)被连接到所述转换器(WA，WB)的次级侧。
5.根据权利要求4所述的电源电路，其特征在于，所述整流器(D1-D4；D5-D8)是桥式整流器。
6.根据权利要求1或2所述的电源电路，其特征在于，所述转换器(WA，WB)被配置为输出大小为100V至500V的输出电压。
7.根据权利要求1或2所述的电源电路，其特征在于，所述转换器(WA，WB)被设计成从小于50V的输入电压产生所述输出电压。
8.根据权利要求1或2所述的电源电路，其特征在于，连接到所述输出端的所述负载(R)是高频发生器(10)，其从所述电源电路的所述输出电压产生10kV或更高的高频交流电压。
9.一种电晕点火系统，包括根据权利要求8所述的电源电路和电晕点火装置，所述电晕点火装置包括具有线圈(9)的电谐振电路(7)和保持在绝缘体(6)中并在点火末梢(5)中终止的中心电极，其中所述谐振电路(7)由所述高频发生器(10)激励。
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